论文部分内容阅读
光伏效应是最有效的可再生能源获取的途径之一。提升光电转换效率并降低生产成本是太阳能电池得以全面商用的最主要因素。目前市场上的主流太阳能电池是硅基电池,该类电池转换效率高、寿命长和稳定性好,但成本偏高。究其原因主要是由硅材料本身和高温制工艺作引起的。Si NWA/PEDOT:PSS杂化电池的提出有望解决这一问题。纳米阵列本身具有优秀的光陷阱效应,可减少材料并且无需制备抗反射层便可获得良好的抗反射性能。结合PEDOT:PSS柔性操作简单、热稳定性好等优点,Si NWA/PEDOT:PSS杂化电池有望实现低成本制备高转换效率的太阳能电池。基于此,本论文主要集中在以下几个方面: 1.低成本实现金属辅助化学法制备有序Si NWA: 首先,以Au替代Ag作为催化剂制备了优质Si NWA。其次,为减少Au的使用量并实现薄层Au的成膜,以金属Ti、Cr作为浸润层,改善Au沉积时在硅表面的成岛趋势,获得优质Au膜并大幅度减少Au的使用量。最后,研究加入Ti、Cr后对Au辅助化学刻蚀影响,结果表明Cr阻碍了Au催化刻蚀反应,而Ti与反应溶液快速反应,不影响Au对Si衬底化学刻蚀的催化作用。基于以上工作,以PS(polystyrene,PS)球为模板沉积制备Ti/Au(3nm/20nm)优质膜,使用金属辅助化学刻蚀,制备了有序Si NWA。 2.进一步提高有序Si NWA的抗反射性能: 首先,借鉴半导体工艺中薄膜氧化硅的生长工艺,结合自身实验室条件设计了湿法氧化和干法氧化工艺制备了Si/SiO2 NWA。其次,通过模拟计算优化SiNWA以及Si/SiO2 NWA最佳抗反射性能,找到最佳的几何参数,并获得了实验试结果验证。最后,实验结果表明:随着填充比(纳米线直径/纳米线间距)从1降至0.6时,Si NWA的抗反射性能增强。当SiO2薄层Si NWA形成芯鞘结构可显著提高其抗反射性能,当氧化层厚度为70nm时,性能最优。 3.Si NWA/PEDOT:PSS杂化电池制备及性能测试分析: 首先,介绍了实验中杂化电池的两种制备工艺。其次,对比分析了不同N型硅形貌和PEDOT:PSS等因素对电池性能的影响。结果表明:在适当的Si NWA形貌之上旋涂PEDOT:PSS形成芯鞘结构可增大结面积从而提高电池性能;粘度和导电率高的PEDOT:PSS可与Si NWA接触更好减少界面处的缺陷并提高空穴的传输。